lily/midi-item.cc

   1 /*
   2   midi-item.cc -- implement Midi items.
   3
   4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   5
   6   (c) 1997--2006 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   7 */
   8
   9 #include "midi-item.hh"
  10
  11 #include "duration.hh"
  12 #include "international.hh"
  13 #include "main.hh"
  14 #include "midi-stream.hh"
  15 #include "misc.hh"
  16 #include "program-option.hh"
  17 #include "string-convert.hh"
  18 #include "warn.hh"
  19
  20 #define PITCH_WHEEL_TOP 0x3FFF
  21 #define PITCH_WHEEL_CENTER 0x2000
  22 #define PITCH_WHEEL_BOTTOM 0x0000
  23 #define PITCH_WHEEL_RANGE (PITCH_WHEEL_TOP - PITCH_WHEEL_BOTTOM)
  24
  25 Midi_item *
  26 Midi_item::get_midi (Audio_item *a)
  27 {
  28   if (Audio_key *i = dynamic_cast<Audio_key *> (a))
  29     return new Midi_key (i);
  30   else if (Audio_instrument *i = dynamic_cast<Audio_instrument *> (a))
  31     return i->str_.length () ? new Midi_instrument (i) : 0;
  32   else if (Audio_note *i = dynamic_cast<Audio_note *> (a))
  33     return new Midi_note (i);
  34   else if (Audio_dynamic *i = dynamic_cast<Audio_dynamic *> (a))
  35     return new Midi_dynamic (i);
  36   else if (Audio_piano_pedal *i = dynamic_cast<Audio_piano_pedal *> (a))
  37     return new Midi_piano_pedal (i);
  38   else if (Audio_tempo *i = dynamic_cast<Audio_tempo *> (a))
  39     return new Midi_tempo (i);
  40   else if (Audio_time_signature *i = dynamic_cast<Audio_time_signature *> (a))
  41     return new Midi_time_signature (i);
  42   else if (Audio_text *i = dynamic_cast<Audio_text *> (a))
  43     //return i->text_string_.length () ? new Midi_text (i) : 0;
  44     return new Midi_text (i);
  45   else
  46     assert (0);
  47
  48   // isn't C++ grand?
  49   return 0;
  50 }
  51
  52 void
  53 Midi_chunk::set (string header_string, string data_string, string footer_string)
  54 {
  55   data_string_ = data_string;
  56   footer_string_ = footer_string;
  57   header_string_ = header_string;
  58 }
  59
  60 string
  61 Midi_chunk::data_string () const
  62 {
  63   return data_string_;
  64 }
  65
  66 string
  67 Midi_chunk::to_string () const
  68 {
  69   string str = header_string_;
  70   string dat = data_string ();
  71   string length_string = String_convert::int2hex (dat.length ()
  72                                                   + footer_string_.length (), 8, '0');
  73   length_string = String_convert::hex2bin (length_string);
  74
  75   str += length_string;
  76   str += dat;
  77   str += footer_string_;
  78
  79   return str;
  80 }
  81
  82 Midi_duration::Midi_duration (Real seconds_f)
  83 {
  84   seconds_ = seconds_f;
  85 }
  86
  87 string
  88 Midi_duration::to_string () const
  89 {
  90   return string ("<duration: ") + ::to_string (seconds_) + ">";
  91 }
  92
  93 Midi_event::Midi_event (Moment delta_mom, Midi_item *midi)
  94 {
  95   delta_mom_ = delta_mom;
  96   midi_ = midi;
  97 }
  98
  99 /*
 100   ugh. midi output badly broken since grace note hackage.
 101 */
 102 string
 103 Midi_event::to_string () const
 104 {
 105   Rational rat_dt = (delta_mom_.main_part_ * Rational (384)
 106                      + delta_mom_.grace_part_ * Rational (100)) * Rational (4);
 107   int delta = rat_dt.to_int ();
 108
 109   string delta_string = Midi_item::i2varint_string (delta);
 110   string midi_string = midi_->to_string ();
 111   assert (midi_string.length ());
 112   return delta_string + midi_string;
 113 }
 114
 115 Midi_header::Midi_header (int format, int tracks, int clocks_per_4)
 116 {
 117   string str;
 118
 119   string format_string = String_convert::int2hex (format, 4, '0');
 120   str += String_convert::hex2bin (format_string);
 121
 122   string tracks_string = String_convert::int2hex (tracks, 4, '0');
 123   str += String_convert::hex2bin (tracks_string);
 124
 125   string tempo_string = String_convert::int2hex (clocks_per_4, 4, '0');
 126   str += String_convert::hex2bin (tempo_string);
 127
 128   set ("MThd", str, "");
 129 }
 130
 131 Midi_instrument::Midi_instrument (Audio_instrument *a)
 132 {
 133   audio_ = a;
 134   audio_->str_ = String_convert::to_lower (audio_->str_);
 135 }
 136
 137 string
 138 Midi_instrument::to_string () const
 139 {
 140   Byte program_byte = 0;
 141   bool found = false;
 142
 143   /*
 144     UGH. don't use eval.
 145   */
 146   SCM proc = ly_lily_module_constant ("midi-program");
 147   SCM program = scm_call_1 (proc, ly_symbol2scm (audio_->str_.c_str ()));
 148   found = (program != SCM_BOOL_F);
 149   if (found)
 150     program_byte = scm_to_int (program);
 151   else
 152     warning (_f ("no such MIDI instrument: `%s'", audio_->str_.c_str ()));
 153
 154   string str = ::to_string ((char) (0xc0 + channel_)); //YIKES! FIXME : Should be track. -rz
 155   str += ::to_string ((char)program_byte);
 156   return str;
 157 }
 158
 159 Midi_item::Midi_item ()
 160 {
 161 }
 162
 163 Midi_channel_item::~Midi_channel_item ()
 164 {
 165   channel_ = 0;
 166 }
 167
 168 Midi_channel_item::Midi_channel_item ()
 169 {
 170   channel_ = 0;
 171 }
 172
 173 Midi_item::~Midi_item ()
 174 {
 175 }
 176
 177 string
 178 Midi_item::i2varint_string (int i)
 179 {
 180   int buffer = i & 0x7f;
 181   while ((i >>= 7) > 0)
 182     {
 183       buffer <<= 8;
 184       buffer |= 0x80;
 185       buffer += (i & 0x7f);
 186     }
 187
 188   string str;
 189   while (1)
 190     {
 191       str += ::to_string ((char)buffer);
 192       if (buffer & 0x80)
 193         buffer >>= 8;
 194       else
 195         break;
 196     }
 197   return str;
 198 }
 199
 200 Midi_key::Midi_key (Audio_key *a)
 201 {
 202   audio_ = a;
 203 }
 204
 205 string
 206 Midi_key::to_string () const
 207 {
 208   string str = "ff5902";
 209   str += String_convert::int2hex (audio_->accidentals_, 2, '0');
 210   if (audio_->major_)
 211     str += String_convert::int2hex (0, 2, '0');
 212   else
 213     str += String_convert::int2hex (1, 2, '0');
 214   return String_convert::hex2bin (str);
 215 }
 216
 217 Midi_time_signature::Midi_time_signature (Audio_time_signature *a)
 218 {
 219   audio_ = a;
 220   clocks_per_1_ = 18;
 221 }
 222
 223 string
 224 Midi_time_signature::to_string () const
 225 {
 226   int num = abs (audio_->beats_);
 227   if (num > 255)
 228     {
 229       warning ("Time signature with more than 255 beats. Truncating");
 230       num = 255;
 231     }
 232
 233   int den = audio_->one_beat_;
 234
 235
 236
 237   string str = "ff5804";
 238   str += String_convert::int2hex (num, 2, '0');
 239   str += String_convert::int2hex (intlog2 (den), 2, '0');
 240   str += String_convert::int2hex (clocks_per_1_, 2, '0');
 241   str += String_convert::int2hex (8, 2, '0');
 242   return String_convert::hex2bin (str);
 243 }
 244
 245 Midi_note::Midi_note (Audio_note *a)
 246 {
 247   audio_ = a;
 248   dynamic_byte_ = 0x7f;
 249 }
 250
 251 Moment
 252 Midi_note::get_length () const
 253 {
 254   Moment m = audio_->length_mom_;
 255   return m;
 256 }
 257
 258 int
 259 Midi_note::get_fine_tuning () const
 260 {
 261   Rational tune = audio_->pitch_.tone_pitch () * Rational (2);
 262   tune -= Rational (get_semitone_pitch ());
 263
 264   tune *= 100;
 265   return (int) double (tune);
 266 }
 267
 268 int
 269 Midi_note::get_semitone_pitch () const
 270 {
 271   return int (rint (double (audio_->pitch_.tone_pitch () *  Rational (2, 1))))
 272     + audio_->transposing_;
 273 }
 274
 275 string
 276 Midi_note::to_string () const
 277 {
 278   Byte status_byte = (char) (0x90 + channel_);
 279   string str = "";
 280   int finetune;
 281
 282   // print warning if fine tuning was needed, HJJ
 283   if (get_fine_tuning () != 0)
 284     {
 285       warning (_f ("experimental: temporarily fine tuning (of %d cents) a channel.",
 286                    get_fine_tuning ()));
 287
 288       finetune = PITCH_WHEEL_CENTER;
 289       // Move pitch wheel to a shifted position.
 290       // The pitch wheel range (of 4 semitones) is multiplied by the cents.
 291       finetune += (PITCH_WHEEL_RANGE *get_fine_tuning ()) / (4 * 100);
 292
 293       str += ::to_string ((char) (0xE0 + channel_));
 294       str += ::to_string ((char) (finetune & 0x7F));
 295       str += ::to_string ((char) (finetune >> 7));
 296       str += ::to_string ((char) (0x00));
 297     }
 298
 299   str += ::to_string ((char)status_byte);
 300   str += ::to_string ((char) (get_semitone_pitch () + c0_pitch_));
 301   str += ::to_string ((char)dynamic_byte_);
 302
 303   return str;
 304 }
 305
 306 Midi_note_off::Midi_note_off (Midi_note *n)
 307   : Midi_note (n->audio_)
 308 {
 309   on_ = n;
 310   channel_ = n->channel_;
 311
 312   // Anybody who hears any difference, or knows how this works?
 313   //  0 should definitely be avoided, notes stick on some sound cards.
 314   // 64 is supposed to be neutral
 315
 316   aftertouch_byte_ = 64;
 317 }
 318
 319 string
 320 Midi_note_off::to_string () const
 321 {
 322   Byte status_byte = (char) (0x80 + channel_);
 323
 324   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 325   str += ::to_string ((char) (get_semitone_pitch () + Midi_note::c0_pitch_));
 326   str += ::to_string ((char)aftertouch_byte_);
 327
 328   if (get_fine_tuning () != 0)
 329     {
 330       // Move pitch wheel back to the central position.
 331       str += ::to_string ((char) 0x00);
 332       str += ::to_string ((char) (0xE0 + channel_));
 333       str += ::to_string ((char) (PITCH_WHEEL_CENTER &0x7F));
 334       str += ::to_string ((char) (PITCH_WHEEL_CENTER >> 7));
 335     }
 336
 337   return str;
 338 }
 339
 340 Midi_dynamic::Midi_dynamic (Audio_dynamic *a)
 341 {
 342   audio_ = a;
 343 }
 344
 345 string
 346 Midi_dynamic::to_string () const
 347 {
 348   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_);
 349   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 350
 351   /*
 352     Main volume controller (per channel):
 353     07 MSB
 354     27 LSB
 355   */
 356   static Real const full_scale = 127;
 357
 358   int volume = (int) (audio_->volume_ * full_scale);
 359   if (volume <= 0)
 360     volume = 1;
 361   if (volume > full_scale)
 362     volume = (int)full_scale;
 363
 364   str += ::to_string ((char)0x07);
 365   str += ::to_string ((char)volume);
 366   return str;
 367 }
 368
 369 Midi_piano_pedal::Midi_piano_pedal (Audio_piano_pedal *a)
 370 {
 371   audio_ = a;
 372 }
 373
 374 string
 375 Midi_piano_pedal::to_string () const
 376 {
 377   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_);
 378   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 379
 380   if (audio_->type_string_ == "Sostenuto")
 381     str += ::to_string ((char)0x42);
 382   else if (audio_->type_string_ == "Sustain")
 383     str += ::to_string ((char)0x40);
 384   else if (audio_->type_string_ == "UnaCorda")
 385     str += ::to_string ((char)0x43);
 386
 387   int pedal = ((1 - audio_->dir_) / 2) * 0x7f;
 388   str += ::to_string ((char)pedal);
 389   return str;
 390 }
 391
 392 Midi_tempo::Midi_tempo (Audio_tempo *a)
 393 {
 394   audio_ = a;
 395 }
 396
 397 string
 398 Midi_tempo::to_string () const
 399 {
 400   int useconds_per_4 = 60 * (int)1e6 / audio_->per_minute_4_;
 401   string str = "ff5103";
 402   str += String_convert::int2hex (useconds_per_4, 6, '0');
 403   return String_convert::hex2bin (str);
 404 }
 405
 406 Midi_text::Midi_text (Audio_text *a)
 407 {
 408   audio_ = a;
 409 }
 410
 411 string
 412 Midi_text::to_string () const
 413 {
 414   string str = "ff" + String_convert::int2hex (audio_->type_, 2, '0');
 415   str = String_convert::hex2bin (str);
 416   str += i2varint_string (audio_->text_string_.length ());
 417   str += audio_->text_string_;
 418   return str;
 419 }
 420
 421 Midi_track::Midi_track ()
 422   : Midi_chunk ()
 423 {
 424   //                4D 54 72 6B     MTrk
 425   //                00 00 00 3B     chunk length (59)
 426   //        00      FF 58 04 04 02 18 08    time signature
 427   //        00      FF 51 03 07 A1 20       tempo
 428
 429   // FF 59 02 sf mi  Key Signature
 430   //         sf = -7:  7 flats
 431   //         sf = -1:  1 flat
 432   //         sf = 0:  key of C
 433   //         sf = 1:  1 sharp
 434   //         sf = 7: 7 sharps
 435   //         mi = 0:  major key
 436   //         mi = 1:  minor key
 437
 438   number_ = 0;
 439
 440   char const *data_str0 = ""
 441     //        "00" "ff58" "0404" "0218" "08"
 442     //  "00" "ff51" "0307" "a120"
 443     // why a key at all, in midi?
 444     // key: C
 445     //  "00" "ff59" "02" "00" "00"
 446     // key: F (scsii-menuetto)
 447     //                            "00" "ff59" "02" "ff" "00"
 448     ;
 449
 450   string data_string;
 451   // only for format 0 (currently using format 1)?
 452   data_string += String_convert::hex2bin (data_str0);
 453
 454   char const *footer_str0 = "00" "ff2f" "00";
 455   string footer_string = String_convert::hex2bin (footer_str0);
 456
 457   set ("MTrk", data_string, footer_string);
 458 }
 459
 460 void
 461 Midi_track::add (Moment delta_time_mom, Midi_item *midi)
 462 {
 463   assert (delta_time_mom >= Moment (0));
 464
 465   Midi_event *e = new Midi_event (delta_time_mom, midi);
 466   events_.push_back (e);
 467 }
 468
 469 string
 470 Midi_track::data_string () const
 471 {
 472   string str = Midi_chunk::data_string ();
 473   if (do_midi_debugging_global)
 474     str += "\n";
 475
 476   for (vector<Midi_event*>::const_iterator i (events_.begin());
 477        i != events_.end(); i ++)
 478     {
 479       str += (*i)->to_string ();
 480       if (do_midi_debugging_global)
 481         str += "\n";
 482     }
 483   return str;
 484 }
 485
 486
 487 char const *
 488 Midi_item::name () const
 489 {
 490    return this->class_name ();
 491 }
 492
 493 Midi_track::~Midi_track ()
 494 {
 495   junk_pointers (events_);
 496 }